Zum Leistungsverhalten begaster Rührer in newtonschen und nicht-newtonschen Flüssigkeiten

Zusammenfassung

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, in welchem Umfang sich eine generell höhere Viskosität und darüber hinaus nicht-newtonsche Fließeigenschaften auf den Dispergierungsmechanismus und den Leistungsbedarf eines begasten Scheibenrührers auswirken. Dazu werden drei sich in ihren rheologischen Eigenschaften unterscheidende Flüssigkeitssysteme, Glycerin/H₂O-Gemische sowie wäßrige CMC- und PAA-Lösungen, eingesetzt.

Es werden zunächst verschiedene Möglichkeiten diskutiert, die kompliziertere rheologische Stoffbeschreibung nicht-newtonscher Flüssigkeiten in die ähnlichkeitstheoretische Darstellung des bei der Begasung aufzuwendenden Leistungsbedarfs einzubeziehen. Die Auswertung des Versuchsmaterials geschieht mit Hilfe des Konzeptes der repräsentativen Viskosität.

Wie die Ergebnisse zeigen, wird für alle untersuchten Stoffklassen bei höheren Viskositäten die Gasdispergierung durch die Bildung stabiler Gasschleppen hinter den Rührerblättern herabgesetzt. Dies kommt auch in den dargestellten Leistungscharakteristiken deutlich zum Ausdruck. Während sich aufgrund der Verwendung der Methode der repräsentativen Viskosität die Charakteristiken der newtonschen Glycerin/H₂O-Gemische und der geringer viskoelastischen CMC-Lösungen im wesentlichen gleichen, treten dagegen bei den stärker viskoelastischen PAA-Lösungen signifikante Unterschiede auf, deren Ursachen mit dem elastischen Stoffverhalten dieser Substanzen erklärt werden.

Summary

This paper deals with the problem, how higher viscosities and especially non-newtonian flow properties influence the mechanism of gas dispersion and power consumption of a turbine agitator. Therefore three fluid systems differing in their rheological behaviour, such as glycerin/H₂O-mixtures, aqueous CMC and PAA solutions are investigated.

For the calculation of power consumption in gased stirrers various methods are discussed, which include the complex rheological material character of non-newtonian fluids in an appropriate dimensionless form. Experiments are evaluated by using the concept of representative viscosity. There results a decrease of the gas dispersion for all fluids with higher viscosities caused by the existence of stable gas cavities behind the blades of the agitator. This is clearly illustrated by the power characteristic plots.

Whereas the characteristics of the newtonian glycerin/H₂O-mixtures and of CMC solutions come out to be similar when applying the method of representative viscosity for test evaluation significant differences appear for viscoelastic PAA solutions, which are explained as an elastic effect.